光影使者 照亮量子信息处理新里程

肖延胜

量子通信和量子计算机是我国规划的科技创新2030重大项目，也是国家实验室最早部署和研究的领域之一。在2007年实现了北京和维也纳之间世界首次量子洲际通信之后，很多国家都提出参与这一科研项目的合作意向，而中国也在不断精进技术，促进量子信息与通信的新发展。本文的主人公夏可宇教授，利用其擅长的光学领域，也在为量子信息与通信的发展贡献自己的一份力量。

砥砺前行，发扬光的精神

1995年夏可宇进入燕山大学，开始了长达7年的电子电路的学习时光。硕士毕业后，他来到了中国科学院上海光精密机械研究所攻读光学博士学位。博士毕业后，夏可宇先后来到德国马克斯 普朗克核物理研究所、美国德克萨斯农工大学和澳大利亚麦考瑞大学做博士后和研究员。回忆起自己的求学经历，虽然颇为坎坷，但夏可宇觉得那是一段特别美好的时光。不论遇到多少困难，有过什么样的彷徨，始终不改对科学探索的热爱。少年易老学难成，一寸光阴不可轻，正是凭着这份对真理的追求和对科学的喜爱，夏可宇一路前行，并入选第十三批国家“青年千人计划”。

2017年，夏可宇来到南京大学，受聘于现代工程与应用科学学院光学工程系。对于夏可宇来说，10多年的学习生涯是他汲取积累知识与经验的一个过程，而现在的他要将自己的光热发挥出来，为科技发展贡献力量。量子通信作为我国重点的扶持项目，离不开光学和热学的支撑。国家需要更多的新鲜血液加入到这一领域，促进科研及相关产业的发展。夏可宇意识到这一点，决定利用自己的亲身经历帮助更多的年轻人，让祖国的光学科研事业能够蓬勃发展。 “我希望有更多年轻人和我并肩前行：年轻人会看到我所看不到的东西，由此而打开新的科研思路；而像我们这些做了10年20年研究的人，却可以帮助他们弥补经验上的不足。这样的新老配合会使科研效果更加显著。”

夏可宇的这一番话让所有人看到了他对于科研的热爱。三尺讲台上，他诲人不倦，为中国的量子光学科研工作发热发光。

投身科研，做量子通信的螺钉

单光子是现代量子光学主要研究领域，是量子信息处理的基础。想要发展量子通信，首先要保证单光子的传输。而夏可宇通过自己不懈的努力，在单光子的传输上取得了重要成绩。

远程量子节点都是通过传递光子实现量子信息传输。传统单光子测量方法会使光子被吸收而消失，在量子信息处理的很多应用中受限。几十年来，测量传输中的单光子一直是量子光学和量子信息领域的一个挑战性难题。夏可宇与合作者提出通过增强四波混频让信号光与探测光在一维原子介质中交换能量，从而形成激子振荡型光子相互作用，考虑到单光子量子非局域特性，夏可宇与其团队还设计弱探测光子扫过信号光子诱导180度相位移。通过艰难的理论数值分析，夏可宇与其合作者为传输型单光子量子非破坏测量和基于此的量子门操作提供了一个可行的解决方案。Science评论该工作称“为基于量子非破坏测量的量子信息处理提供了一个更简单方案”。这一科研成果的广泛认可增强了夏可宇勇往直前的决心。在此基础上，他继续量子光学的研究。

光的传播由麦克斯韦方程描述。受限于基于麦克斯韦方程导出的洛伦兹互易定理，光在传统光器件中传输一般都是可逆的或者称互易的。这样，从出射端口反射的光会进入传统光器件的入射端，从而损害光源。现代光器件尤其是光量子信息处理系统往往需要隔离有害的反射光。而且很多类型量子通信协议和光量子门也需要单光子隔离功能模块。隔离反射光要通过光的非互易器件来实现，一般情况下，科研人员会利用法拉第磁光效应。但是引入磁場后器件难以集成，而且损耗大，不利于量子信息处理。夏可宇提出了基于腔与波导量子电动力学的两种单光子隔离器和一种单光子回旋器，并且可对光隔离行为量子进行调控。夏可宇利用纳米波导或光的偏振与传输方向具有相关联性这一特性，设计原子与单光子量子手性耦合，进而实现了隔离单光子反射。这一理论发表后，很快引起国际同行关注。其中单光子隔离器被著名的维也纳量子光学Arno Rauschenbeutel教授实验小组演示，实验工作发表在国际顶级物理学术期刊《PRX》上。单光子回旋器也被Armo教授小组实现，并发表在《Science》上。这一科研成果的广泛应用也是对夏可宇十几年科研工作的肯定。天道酬勤，正是夏可宇的坚持、努力和他无私奉献的精神，为他未来的发展争取到了更广阔的空间和更好的平台。

夏可宇说，他会继续努力科研，在量子光学的科研道路上继续走下去。他始终坚信一份耕耘就会有一份收获，他要努力做量子光学发展道路上的探路者。

个人简介

夏可宇博士，2017年加入南京大学现代工程与应用科学学院光学工程系，受聘为教授。于2007年获得中国科学院上海光学精密机械研究所“光学”博士学位。2007-2010年在德国马克斯

普朗克核物理研究所（ Max-PlanckInstitute for Nuclear Physics）做博士后，主要研究超导量子电路和光学腔。2011年在美国德克萨斯农工大学（Texas A&M; University）做博士后助理研究员，研究手性光学。201 1年获得澳大利亚科研部博士后研究员职位，在麦考瑞大学（Macquarie University）物理系从事混合量子系统、腔和波导量子电动力学、光力学及凝聚态物理等研究工作。在《Phys.Rev.X》和《Phys. Rev.Lett.》等国际一流物理杂志发表论文30多篇，并有2项国际发明（PCT）专利公布。研究工作被《Science》和Phys. Org报道，并被Nature综述评论。首先提出实际可行的单光子隔离方案，并被维也纳量子科技中心实验演示。还担任《PRL》《PRA/B》《PRApplied》《Optics》《Express》《Scientific》《Reports》和《JOSAB》等十多个国际学术期刊审稿人。2017年入选第十三批“青年千人计划”。